本安防爆技術在煤礦中的應用探討

楊竣皓

（煤炭科學技術研究院有限公司,北京 100013）

很多工作領域都存在一定的危險性，而爆炸無疑是對人身生命安全傷害最大的一種方式，因此，為確保生產人員和設備的安全，在實際生產過程中，要對一些易燃易爆的介質進行處理。石油開采、化工、煉油廠、煤礦等這些作業現場存在一定的可燃性氣體，都屬于存在爆炸性危險的場所。而在一定的封閉空間，如果可燃性氣體與空氣混合，達到一定比例的情況下，是極易產生爆炸的。因此，這些特定的場所所使用的電氣設備都必須具有防爆性能和相應的防爆措施，且產品必須經過專業機構的認證，以此來避免爆炸事故的發生。

1 防爆技術

石油、化工、煤礦和國防等領域，在生產、運輸和貯存的過程中，經常會泄露或者溢散出各種可燃性氣體，這類氣體與空氣混合后，遇到明火極易發生爆炸，造成重大的生命財產損失，因此，相應的防爆措施成了這些行業的重中之重，在此背景下防爆技術應運而生。我國的防爆設備，如防爆電器、防爆電機，于1950年前后開始制造生產，本質安全理論的研究也于上世紀五十年代中期開始，我國自己設計制造并投入煤礦使用的本質安全型電氣設備在上世界六十年代初期出現，而本質安全型設備應用到化工和國防領域則是到了1970年前后。本質安全的相關標準，國家已前后制定了三次，最近一次也是現在執行的是第三次修訂的GB3836.4-2000。

在工業領域，絕大多數設備都是帶火花的，因此必須要采取一定的措施保證電氣設備不發生爆炸，這些相關的措施方法通常稱為“防爆型式”。防爆型式是為防止電氣設備周圍的易燃易爆氣體發生爆炸而采取的具體措施。通常，根據可燃性氣體出現的頻率和持續時間，可將危險場所劃分為0區、1區和2區。0區是指爆炸性氣體環境連續出現或長時間存在的場所，處于危險環境的時間大于1000小時/年。1區是指區是指爆炸性氣體環境連續出現或長時間存在的場所，處于危險環境的時間在10-1000小時/年。2區是指在正常情況下不可能出現可燃性氣體或者偶爾出現且持續時間很短的一些場所，其危險環境存在時間小于10小時/年。

2 本質安全防爆技術

2.1 電氣設備防爆型式的分類

我國將電氣設備的防爆型式分為8種。（1）隔爆型。隔爆型是指將能引起爆炸的電氣設備元件封閉在一個外殼內，該外殼能承受爆炸的壓力而不受損壞，且爆炸不會通過任何接合面或結構開口向外傳播。（2）正壓型。正壓型是指為防止外部的氣體進入外殼內，而采取的使外殼內本身具備相當壓力的措施。（3）充砂型。充砂型是指用細顆粒狀的材料填充外殼，使外殼內發生爆炸時，電弧不引燃外部氣體。（4）充油型。充油型是指將設備外殼或者部分組件浸泡到油中，使得設備爆炸發生時與外部氣體隔斷。（5）澆封型。澆封型是指將潛在的點燃源澆灌在阻燃的固體絕緣材料中。（6）本質安全型。本質安全型是指設備的全部電路均為本質安全電路，即在正常工作或規定的故障狀態下產生的電火花和熱效應均不能點燃規定的爆炸性混合物的電路。（7）增安型。增安型是指防止產生過高溫度或者產生電弧的可能性，從而增強安全性的一種防爆型式。（8）無火花型。無火花型是指正常情況下不能產生電火花。

2.2 本安防爆技術的原理

眾所周知，空氣、爆炸性物質、點燃源是爆炸發生的必要條件，缺一不可。而在煤礦的實際生產中是不可能避免空氣和爆炸性物質的存在，因此防爆的重點應放在杜絕點燃源上。點燃源通常是熱效應或者電火花，本質安全的防爆性能就是通過限制電火花和熱效應來實現的。本質安全電路要求將電壓和電流嚴格限制在要求范圍內，在設計電路時，通過選擇合適的電感、電容及電阻來限制火花能量，將其限制在最小點燃量以下，從而避免爆炸的發生。與此同時，要安裝安全柵，限制場所的高能量，且不能使其傳播出去。

2.3 本安防爆技術分類

根據防護能力將本質安全防爆分為兩種。（1）ia類。ia類是指具備電流/電壓安全系數的電氣設備在正常運行情況下，不會被所施加的單個故障，或兩個故障合并而引燃；（2）ib類。ib類是指具備電流/電壓安全系數的電氣設備在正常運行情況下，不會被所施加的單個故障而引燃。

2.4 安全柵

本質安全防爆系統中，必須同時具有本質安全型的設備和安全柵，兩者缺一不可。安全柵作為安全場所和危險場所之間的關聯設備，作用重大，其具備檢測控制信號、傳輸控制信號、限制危險能量流入危險場所等作用。

安全柵有四種基本形式，分別為：（1）電阻安全柵。電阻安全柵是指利用電阻限制電流的作用，將電流限制在安全的臨界值以下；（2）齊納式安全柵。齊納式安全柵是指利用穩壓二極管的方向擊穿的特性，在正常工作時，若產生過高能量時使其擊穿齊納二極管，從而隔離安全側和危險側；（3）電光隔離式安全柵。電光隔離式安全柵是指在安全側和危險側只有光的耦合，而保證電氣的絕對隔離；（4）變壓器隔離式安全柵。變壓器隔離式安全柵是指利用電磁轉換在安全側和危險側傳輸信號，保證電氣的絕對隔離。

3 本安防爆技術在煤礦中的應用

煤礦井下作業空間狹小、且空氣中含有沼氣、粉塵等易燃易爆的成分，因此按照國家和行業的相關規定，井下采掘的相關電氣設備和控制設備必須具備防爆性能，且必須是隔爆型或本質安全型。由于只有本質安全型儀表設備能應用于0區且本質安全型防爆型式相比與其他防爆型式具有結構簡單、易操作、方便維護、適應廣泛等特點，因此在煤礦生產中，本質安全型防爆型式應用最為廣泛。煤礦常用的本安型防爆設備有本安型防撕裂傳感器、本安型氣體檢測器、本安型堆煤傳感器等。在本安型防爆設備的采購和使用中要注意產品“三證一標”的檢查。

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[2]徐建平.儀器本安防爆技術[M].北京:機械工業出版社,2007.

[3]李達，范新媛.本安防爆系統綜述[J].石油化工自動化,2008(06).